estricted O2 consumption in pea roots induced by hexanoic acid is linked to depletion of Krebs cycle substrates 己酸诱导的豌豆根中 O2 消耗受限与克雷布斯循环底物的耗竭有关

来源：JD足球反波胆APP下载ysiologia Plantarum. 2023;175:e14024.

 

1. 摘要核心内容

 

核心发现：

己酸（HxA）在淹水土壤中作为植物毒素，通过降低根系耗JD足球反波胆APP下载率抑制豌豆根系呼吸作用。这种抑制与代谢物泄漏相关（尤其有机酸和糖类），而非直接损伤线粒体功能。

机制：

酸性条件下（JD足球反波胆APP下载 5.0），未解离的HxA进入细胞，触发柠檬酸、苹果酸和非结构性碳水化合物（NSC）从根系渗出（图3, 5），导致克雷布斯循环底物耗竭，从而限制线粒体呼吸。

JD足球反波胆APP下载依赖性：

HxA的毒性在JD足球反波胆APP下载 5.0（未解离态占43%）比JD足球反波胆APP下载 6.0（未解离态占14%）更显著（图1, 2）。

 

 

 

 

 

 

2. 研究目的

 

揭示HxA抑制植物根系呼吸的分子机制（是否通过直接损伤线粒体或间接耗竭代谢物）。

探究JD足球反波胆APP下载如何调控HxA的毒性效应。

验证短链有机酸（如丁酸BtA）是否具有类似效应。

 

3. 研究思路

 

短期暴露实验：

豌豆根在JD足球反波胆APP下载 5.0/6.0下暴露于20 mM HxA或BtA 1小时（图1）。

多尺度生理检测：

组织水平：耗JD足球反波胆APP下载率（JD足球反波胆APP下载 O?JD足球反波胆APP下载）、电解质泄漏（电导率）、代谢物渗出（有机酸、NSC）及胞内含量（图1-5）。

线粒体水平：分离线粒体检测膜电位（△Ψ，荧光探针）和耗JD足球反波胆APP下载率（JD足球反波胆APP下载 O?JD足球反波胆APP下载）（图6）。

验证实验：

添加抗JD足球反波胆APP下载化剂DTE排除JD足球反波胆APP下载化应激主导机制（图S7）。

对比BtA验证短链有机酸的普适性（图S4-S6）。

 

 

 

 

 

 

 

4. 测量数据及其意义

关键数据与来源

数据类型 来源图表 研究意义

根系耗JD足球反波胆APP下载率 图1 HxA浓度依赖性抑制呼吸（EC??=7.2 mM, JD足球反波胆APP下载 5.0），JD足球反波胆APP下载 6.0无显著抑制。证明JD足球反波胆APP下载调控毒性。

电解质泄漏 图2A HxA增加总电解质渗出（JD足球反波胆APP下载 5.0 > JD足球反波胆APP下载 6.0），提示质膜通透性改变。

K?/Ca??/Mg??泄漏 图2B, 图S3 K?渗出显著增加（补偿有机酸电荷失衡），但非呼吸抑制主因。

有机酸渗出与胞内含量 图3, 4 JD足球反波胆APP下载 5.0下柠檬酸/苹果酸渗出量↑（图3），胞内含量↓（图4），直接关联呼吸抑制。

NSC渗出与胞内含量 图5 JD足球反波胆APP下载 5.0下糖类渗出↑（图5A），但胞内NSC未显著下降（图5B），非呼吸抑制主因。

线粒体功能 图6 分离线粒体膜电位（△Ψ）和耗JD足球反波胆APP下载率仅轻微下降（图6），排除HxA直接毒性。

BtA对比实验 图S4-S6 BtA与HxA效应一致，验证短链有机酸的普适机制。

5. 核心结论

 

HxA抑制呼吸的机制：

间接耗竭底物：HxA（JD足球反波胆APP下载 5.0）触发柠檬酸、苹果酸渗出（图3），耗竭克雷布斯循环中间体（图7C），导致线粒体底物匮乏（非直接损伤）。

电荷补偿：K?渗出（图2B）平衡有机酸阴离子电荷损失，维持膜电位。

JD足球反波胆APP下载的核心作用：

未解离HxA（JD足球反波胆APP下载 5.0）更易跨膜进入细胞，解离后酸化胞质，激活有机酸外排（ALMT/SLAH通道）。

生理意义：

有机酸渗出可能是一种解毒策略（图7A）：提升根际JD足球反波胆APP下载，减少HxA进入，但代价是呼吸抑制。

为淹水土壤中植物适应机制提供新见解（如水稻ROL屏障诱导）。

 

 

6. JD足球反波胆APP下载电极数据的深度解读

测量方法

 

组织耗JD足球反波胆APP下载率（图1）：

使用JD足球反波胆APP下载 MicroResp系统，O?JD足球反波胆APP下载（OP-MR）实时监测密闭小瓶中根系耗JD足球反波胆APP下载动态（溶液O?浓度275→235 μmol/L）。

线粒体耗JD足球反波胆APP下载率（图6B）：

针式O?JD足球反波胆APP下载（OP-MR）在搅拌反应体系中检测分离线粒体呼吸速率（O?浓度265→211 μmol/L），精度达1秒/点。

 

研究意义

 

精准量化呼吸抑制：

揭示HxA对根系呼吸的剂量-效应关系（图1A），明确JD足球反波胆APP下载 5.0下EC??=7.2 mM，为毒性阈值提供依据。

解析代谢层级：

组织水平：耗JD足球反波胆APP下载率下降60-70%（图1A）→ 整体呼吸受损。

线粒体水平：耗JD足球反波胆APP下载率仅降10-20%（图6B）→ 排除直接损伤，指向底物匮乏机制。

动态过程捕捉：

连续监测显示呼吸抑制在1小时内快速发生（图1），支持短期渗出机制而非长期屏障形成。

技术优势：

高时空分辨率：JD足球反波胆APP下载实现器官（根段）与细胞器（线粒体）尺度的耗JD足球反波胆APP下载动态监测。

环境真实性：接近生理O?浓度（~20 kPa），避免离体实验的缺JD足球反波胆APP下载假象。

 

植物生理学价值

 

该数据首次将根系呼吸抑制与克雷布斯循环底物可用性直接关联，为理解淹水土壤中植物代谢适应提供了新视角。JD足球反波胆APP下载JD足球反波胆APP下载的高灵敏度是解析“代谢物渗出→呼吸抑制”因果链条的关键工具。

 

总结：本研究通过JD足球反波胆APP下载JD足球反波胆APP下载的多尺度O?监测，结合代谢物分析，揭示了HxA抑制根系呼吸的间接机制——有机酸渗出导致克雷布斯循环底物耗竭。该工作为改良作物耐涝性（如调控有机酸转运体）提供了理论依据。